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Die Erfindung richtet sich auf eine Beschichtungsvorrichtung zum Ablagern eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat, wobei die Beschichtungsvorrichtung eine Vakuumkammer, einen Tiegel, welcher innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist, wenigstens einen Spritzkopf zum Aufbereiten des Beschichtungsmaterials und ein innerhalb der Vakuumkammer angeordnetes Injektor-Rohr aufweist, wobei das Injektor-Rohr das in dem wenigsten einen Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel leitend ausgebildet und mit dem Tiegel verbunden ist.
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Eine Beschichtungsvorrichtung der vorstehend genannten Art ist zum Beispiel aus der
WO 2016/042079 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Beschichtungsvorrichtung werden kontinuierlich zwei Drähte als Beschichtungsmaterial zugeführt, wobei das Beschichtungsmaterial zu einem Spritzkopf gelangt, bei welchem die beiden Materialdrähte eine Kathode und eine Anode bilden und an eine elektrische Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, so dass zwischen den beiden Materialdrähten ein elektrischer Lichtbogen ausgebildet ist, wodurch das zugeführte Beschichtungsmaterial in Form der beiden Materialdrähte verdampft und/oder verflüssigt wird. Dem Spritzkopf wird ferner ein Gasstrom zugeführt, welcher das verdampfte oder verflüssigte Beschichtungsmaterial über ein Injektor-Rohr in einen Tiegel mit sich reißt. Das in den Tiegel geförderte Beschichtungsmaterial verdampft dann vollständig innerhalb des beheizten Tiegels und wird aus dem Tiegel auf das zu beschichtende Substrat geleitet, wobei es sich bei dem Substrat beispielsweise um ein Stahlband handeln kann. Zur Gewährleistung der Sauerstofffreiheit findet der Beschichtungsprozess in einer Vakuumkammer bei Drücken deutlich unterhalb des Atmosphärendrucks statt.
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Im Betrieb einer solchen bekannten Beschichtungsvorrichtung kann es passieren, dass ein Spritzkopf ausfällt und gewechselt werden muss, wobei auch eine regelmäßige Wartung eines Spritzkopfes erforderlich sein kann. Zur Entnahme eines Spritzkopfes aus der Vakuumkammer der Beschichtungsvorrichtung muss die komplette Beschichtungsvorrichtung angehalten, abgekühlt und komplett belüftet werden, was viel Zeit in Anspruch nimmt, sehr aufwendig ist und einen erheblichen Produktionsausfall nach sich zieht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, die auf konstruktiv einfache Weise eine verbesserte Beschichtungsvorrichtung bereitstellt, durch welche der Aufwand der Wartung und des Austausches eines Spritzkopfes vermindert werden kann und Betriebsunterbrechungen auf ein Minimum reduziert werden können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Beschichtungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch 1.
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Die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung zum Ablagern eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat weist eine Vakuumkammer, einen oder mehrere zum Warmhalten und ggf. Nachverdampfen ausgebildete Tiegel, welcher innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist, wenigstens einen zum Aufbereiten des Beschichtungsmaterials ausgebildeten Spritzkopf und ein innerhalb der Vakuumkammer angeordnetes Injektor-Rohr auf. Das Injektor-Rohr ist das in dem wenigsten einen Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel leitend ausgebildet und mit dem Tiegel verbunden, wobei der wenigstens eine Spritzkopf eine Austrittsöffnung für das aufbereitete Beschichtungsmaterial aufweist und zwischen einer Betriebsstellung, in welcher der wenigstens eine Spritzkopf das Injektor-Rohr mit dem aufbereiteten Beschichtungsmaterial versorgend angeordnet ist, und einer Entnahmestellung bewegbar ausgebildet ist. Dabei ist wenigstens eine von außerhalb der Vakuumkammer zugänglich ausgebildete Entnahmekammer vorgesehen, welche gegenüber der Vakuumkammer abdichtbar ausgebildet ist und in welcher zumindest die Austrittsöffnung des wenigstens einen Spritzkopfes in der Entnahmestellung des Spritzkopfes gegenüber der Vakuumkammer gasdicht separiert angeordnet ist. Der Tiegel ist dabei zum Warmhalten und gegebenenfalls zum Nachverdampfen des Beschichtungsmaterials ausgebildet, wobei die eigentliche Erhitzung des Beschichtungsmaterials im wenigstens einen Spritzkopf stattfindet. In seiner Betriebsstellung dichtet der wenigstens eine Spritzkopf dampfdicht gegen das Injektor-Rohr ab.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch die Erfindung wird eine Beschichtungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, welche sich durch eine einfache Konstruktion auszeichnet und durch welche es möglich wird, einen Spritzkopf in vergleichsweise kurzer Zeit und mit einfachen Mitteln von einer Beschichtungsvorrichtung zu entfernen und zum Beispiel durch einen neuen Spritzkopf zu ersetzen. Dadurch, dass der wenigstens eine Spritzkopf in seiner Entnahmestellung innerhalb der Entnahmekammer gegenüber der Vakuumkammer gasdicht separiert angeordnet ist, kann dieser Spritzkopf zu Reparatur- und Wartungszwecken aus der von außerhalb der Vakuumkammer zugänglichen Entnahmekammer bei laufendem Betrieb der Beschichtungsvorrichtung ohne Unterbrechung des Vakuums der Vakuumkammer entnommen werden.
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Für einen kompakten Aufbau sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass der wenigstens eine Spritzkopf wenigstens eine Beschichtungsmaterialzuführung und wenigstens eine Gaszuführung aufweist, wobei in der Betriebsstellung des wenigstens einen Spritzkopfes die wenigstens eine Beschichtungsmaterialzuführung und die wenigstens eine Gaszuführung durch eine Vakuumdurchführung von außerhalb der Vakuumkammer in die Vakuumkammer hinein hindurchgeführt ausgebildet sind. Mit Hilfe der Vakuumdurchführung sind folglich die verschiedenen Zuführungen von außerhalb der Vakuumkammer durch die Vakuumdurchführung hindurch in die Vakuumkammer hinein zu dem Spritzkopf geführt.
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Die bewegbare Ausbildung des wenigstens einen Spritzkopfes ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert, indem der wenigstens eine Spritzkopf an einem Flansch angebracht ist, welcher über ein faltenbalgartiges Verbindungselement mit einem Wandabschnitt der Vakuumkammer verbunden ist.
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Besonders wenig Bauraum beanspruchend ist es dabei in Ausgestaltung der Erfindung, wenn das faltenbalgartige Verbindungselement die wenigstens eine Entnahmekammer ausbildet. Im ausgezogenen bzw. ausgefalteten Zustand des faltenbalgartigen Verbindungselements bietet das Verbindungselement selbst einen ausreichenden Raum, um den Spritzkopf unterbringen zu können, auf den aus Gründen der Wartung oder des Austauschs zugegriffen werden soll.
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Für eine Entnahme des Spritzkopfes im laufenden Betrieb der Beschichtungsvorrichtung ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass in der Entnahmestellung der wenigstens eine Spritzkopf vollständig innerhalb des faltenbalgartigen Verbindungselements angeordnet ist. Dabei ist das faltenbalgartige Verbindungselement elastisch und nach Art eines sich ziehharmonikaartig zusammenfaltenden Schlauches ausgebildet.
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Eine andere Möglichkeit für eine Entnahme des Spritzkopfes im laufenden Betrieb der Beschichtungsvorrichtung ist in Ausgestaltung der Erfindung dadurch gegeben, dass ein Kammerwandelement die wenigstens eine Entnahmekammer ausbildet und mittels eines Dichtelements gegen den wenigstens einen aus der Betriebsstellung in die Entnahmestellung und zurück bewegbaren Spritzkopf abdichtet. Das Dichtelement kann dabei beispielsweise ein O-Ring sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Spritzkopf an seinem der Austrittsöffnung abgewandten Längsende an einem Flansch angebracht, wobei die Vakuumdurchführung an dem Flansch ausgebildet ist.
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Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Vakuumdurchführung an dem Flansch ausgebildet sein. Hierbei sieht eine denkbare Variante dann vor, dass der Flansch über das faltenbalgartige Verbindungselement mit einem Wandabschnitt der Vakuumkammer verbunden sein kann.
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Als alternative Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass die Vakuumdurchführung innerhalb des wenigstens einen Spritzkopfes ausgebildet und angeordnet ist.
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Ferner ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung denkbar, dass die Entnahmekammer innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer liegend angeordnet und ausgebildet ist.
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Konstruktiv günstig ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wenn der wenigstens eine Spritzkopf an dem Flansch angebracht ist, wobei in der Entnahmestellung der wenigstens eine Spritzkopf vollständig innerhalb des faltenbalgartigen Verbindungselements angeordnet ist. Über den Flansch, welcher folglich über das faltenbalgartige Verbindungselement bewegbar an der Vakuumkammer angebracht ist, ist folglich der Spritzkopf zwischen seiner Betriebsstellung und seiner Entnahmestellung bewegbar.
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Um bei einer Wartung oder bei einem Wechsel eines Spritzkopfes das in der Vakuumkammer im Betrieb der Beschichtungsvorrichtung vorherrschende Vakuum zu halten, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass eine Absperreinrichtung zwischen einer Freigabeposition und einer Sperrposition bewegbar innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist, wobei in der Sperrposition die Absperreinrichtung den wenigstens einen in seiner Entnahmestellung angeordneten Spritzkopf gegenüber der Vakuumkammer gasdicht separiert.
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Die Erfindung sieht in weiterer Ausgestaltung vor, dass die wenigstens eine Entnahmekammer ein Belüftungsventil aufweist. Sobald die Absperreinrichtung in der Sperrposition angeordnet und damit der Spritzkopf gasdicht von der Vakuumkammer getrennt ist, kann die Entnahmekammer, in welcher der zu wartende oder auszutauschende Spritzkopf angeordnet ist, beispielsweise mit einem Inertgas geflutet werden, so dass anschließend der abgekühlte Spritzkopf entnommen werden kann.
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Das Injektor-Rohr, durch welches das verdampfte bzw. geschmolzene Beschichtungsmaterial von dem Spritzkopf zu dem Tiegel geleitet wird, wird im Betrieb der Beschichtungsvorrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur geheizt, um eine Kondensation des Beschichtungsmaterials im Injektor-Rohr zu verhindern. Dabei kann die vorbestimmte Temperatur beispielsweise eine Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur des zugeführten Beschichtungsmaterials sein. Aus diesem Grund sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass das Injektor-Rohr aus einem hochtemperaturbeständigen Material, wie zum Beispiel Graphit, hergestellt ist, wobei es aus Gründen der Materialverträglichkeit notwendig sein kann, die Flächen des Graphits, die in Kontakt mit Gas oder Dampf gelangen, mit Keramikschichten zu belegen oder alternativ das Injektor-Rohr vollständig aus Keramik auszuführen. Dementsprechend sieht die Erfindung vor, dass das hochtemperaturbeständige Material Graphit oder Keramik sein kann.
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Eine besonders kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung ist in einer weiteren Ausgestaltung dadurch gegeben, dass der wenigstens eine Spritzkopf in seiner Betriebsstellung zumindest abschnittsweise in das Injektor-Rohr hineinragt und der wenigstens eine Spritzkopf bei einer Bewegung aus der Betriebsstellung heraus in Richtung der Entnahmestellung koaxial in dem Injektor-Rohr bewegbar und gasdicht geführt ausgebildet ist.
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Um den heißen Dampf und die Flüssigkeit im Tiegel auch dann halten zu können, wenn der Spritzkopf zu Reparatur- oder Wartungszwecken entfernt oder ausgetauscht werden soll, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Injektor-Rohr ein Absperrventil aufweist, welches zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung bewegbar ausgebildet ist, wobei das Absperrventil in der Sperrstellung einen Durchfluss durch das Injektor-Rohr versperrt. Dadurch wird insbesondere eine Kontamination der Vakuumkammer mit Verdampfungsgut vermieden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Absperrventil aus einem hochtemperaturbeständigen Material hergestellt ist.
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Dabei kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung in der Sperrstellung des Absperrventils der wenigstens eine Spritzkopf zumindest abschnittsweise innerhalb des Injektor-Rohres angeordnet sein.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehenden noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der ein beispielhaftes und bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
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In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Beschichtungsvorrichtung mit einem in einer Betriebsstellung angeordneten Spritzkopf,
- 2 eine schematische Darstellung der Beschichtungsvorrichtung mit dem in einer Zwischenstellung angeordneten Spritzkopf,
- 3 eine schematische Darstellung der Beschichtungsvorrichtung mit dem in einer Entnahmestellung angeordneten Spritzkopf, und
- 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Beschichtungsvorrichtung mit einem in einer Betriebsstellung angeordneten Spritzkopf.
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Die 1 bis 3 zeigen in schematischer Weise eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung 1 zum Ablagern eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat, wobei das Substrat ein bandförmiges Material aus Stahl sein kann. Dabei wird der Beschichtungsvorrichtung 1 über Beschichtungsmaterialzuführungen 2 und 3 ein drahtförmiges Material zum Beispiel mit Hilfe von in den Figuren nicht dargestellten Antriebsrollen so zugeführt, dass sich zwischen den zwei zugeführten Strängen des drahtförmigen Materials ein Lichtbogen ausbilden kann, wenn mittels einer elektrischen Gleichstromquelle ein über die Beschichtungsmaterialzuführung 2 zugeführter Materialstrang als Kathode und ein über die Beschichtungsmaterialzuführung 3 zugeführter Materialstrang als Anode ausgebildet ist, wodurch die stirnseitigen Enden verdampft und/oder zumindest geschmolzen werden. Ferner wird mit Hilfe einer Gaszuführung 4 ein Gasstrom zugeführt, durch den das verdampfte und/oder geschmolzene Beschichtungsmaterial durch ein Injektor-Rohr 5 in einen Tiegel 6 eingebracht wird, welcher beispielsweise durch eine induktive Heizung beheizbar ist und welcher zur Vermeidung von Wärmeverlusten thermisch isoliert sein kann. Das zu beschichtende Substrat wird in einem geringen Abstand zu der Öffnung des Tiegels 6 mit einer geeigneten Vorschubgeschwindigkeit bewegt, so dass das verdampfte Beschichtungsmaterial auf die zu beschichtende Oberfläche des Substrats auftrifft.
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Die Einheit, mit welcher das Beschichtungsmaterial aufbereitet und zu dem Injektor-Rohr 5 weitergeleitet wird, ist als ein Spritzkopf 7 ausgeführt, welcher die Gaszuführung 4 und die Beschichtungsmaterialzuführungen 2 und 3 aufweist. Ferner kann der zum Aufbereiten des Beschichtungsmaterials ausgebildete Spritzkopf 7 eine Heizung, eine Kühlung und eine das aufbereitete Beschichtungsmaterial in das Injektor-Rohr 5 leitende Düse, eine Kathode und eine Anode bzw. eine elektrische Gleichspannungsquelle aufweisen. Der Spritzkopf 7 sollte die Elemente aufweisen, die zur Ausbildung eines Lichtbogens und Gasstroms erforderlich sind, wobei auch die Elemente für die Zuführung von draht- oder bandförmigem Beschichtungsmaterial ebenfalls Bestandteil des Spritzkopfes 7 sein können. Zumindest der dem Injektor-Rohr 5 zugewandte Teil des Spritzkopfes 7, welcher eine Austrittsöffnung 17 aufweist, aus welcher das im Spritzkopf 7 aufbereitete Beschichtungsmaterial austritt, ist innerhalb einer Vakuumkammer 8 angeordnet, wobei auch der Tiegel 6 sowie das Injektor-Rohr 5, welches das in dem Spritzkopf 7 aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel 6 leitend ausgebildet ist und welches mit dem Tiegel 6 verbunden ist, innerhalb der Vakuumkammer 8 angeordnet sind. Um eine Kondensation des aufbereiteten Beschichtungsmaterials in dem Injektor-Rohr 5 zu verhindern, wird das Injektor-Rohr 5 auf eine vorbestimmte Temperatur geheizt, wobei die vorbestimmte Temperatur zum Beispiel eine Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur des zugeführten Beschichtungsmaterials sein kann. Daher kann das Injektor-Rohr 5 aus einem hochtemperaturbeständigen Material, vorzugsweise Graphit, hergestellt sein. Aus Gründen der Materialverträglichkeit kann es notwendig sein, die in Kontakt mit Gas oder Schmelze stehenden Flächen des Graphits mit Keramikschichten zu belegen bzw. vollständig in Keramik auszuführen.
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Die Beschichtungsmaterialzuführungen 2 und 3 und die Gaszuführung 5 sind mittels einer Vakuumdurchführung 18 von der Atmosphäre außerhalb der Vakuumkammer 8 in das Vakuum bzw. Innere der Vakuumkammer 8 geführt. Dementsprechend sind die Beschichtungsmaterialzuführungen 2 und 3 und die Gaszuführung 5 über die Vakuumdurchführung 18 von außerhalb der Vakuumkammer 8 in die Vakuumkammer 8 hineingeführt ausgebildet. Wie schematisch in den 1 bis 3 angedeutet ist, ist die Vakuumdurchführung 18 auf einem Flansch 9 ausgebildet. Dieser Flansch 9 ist außerhalb der Vakuumkammer 8 angeordnet und über ein faltenbalgartiges Verbindungselement 10 mit einem Wandabschnitt 11 der Vakuumkammer 8 verbunden. Dabei ist der Spritzkopf 7 an dem Flansch 9 angebracht, wobei der Flansch 9 wiederum über das nach Art eines Faltenbalgs ausgebildete Verbindungselement 10 mit der Vakuumkammer 8 verbunden ist. Das nach Art eines Faltenbalgs ausgebildete Verbindungselement 10 ist an einer Durchlassöffnung der Vakuumkammer 8 angebracht, so dass sich der an dem Flansch 9 angebrachte Spritzkopf 7 innerhalb der Vakuumkammer 8 frei bewegen lässt. In der 1 ist der Spritzkopf 7 in einer Betriebsstellung angeordnet, in welcher der Spritzkopf 7 das Injektor-Rohr 5 mit dem aufbereiteten Beschichtungsmaterial versorgend angeordnet ist. In der Betriebsstellung ragt die nach Art einer Düse ausgebildete Austrittsöffnung 17 des Spritzkopfes 7, d.h. der dem Injektor-Rohr 5 zugewandte Teil des Spritzkopfes 7, in das Injektor-Rohr 5 hinein, wobei sich die Austrittsöffnung 17 des Spritzkopfes 7 bzw. der Spritzkopf 7 selbst in dem Injektor-Rohr 5 koaxial bewegen lässt. Dabei ist der Spritzkopf 7 innerhalb des Injektor-Rohres 5 gasdicht geführt und im laufenden Betrieb der Beschichtungsvorrichtung 1 soweit wie möglich in das Injektor-Rohr 5 hineingeschoben angeordnet. Folglich verbindet das Injektor-Rohr 5 den Spritzkopf 7 gasdicht mit dem Tiegel 6, wenn der Spritzkopf 7 in der Betriebsstellung angeordnet ist.
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Steht aus Gründen einer Reparatur oder Wartung eine Entnahme des Spritzkopfes 7 an, so wird der Spritzkopf 7 zunächst ausgeschaltet, indem die Gaszufuhr über die Gaszuführung 4 abgestellt wird und der Spritzkopf 7 nicht weiter mit Beschichtungsmaterial über die Beschichtungsmaterialzuführungen 2 und 3 versorgt wird, wobei zusätzlich die elektrische Energieversorgung ausgeschaltet werden muss. Dann wird ein Absperrventil 14 aus einer in 1 gezeigten Freigabestellung in eine in 2 gezeigte Sperrstellung bewegt, um das Injektor-Rohr 5 gegenüber der Vakuumkammer 8 abzudichten, bevor der Spritzkopf 7 vollständig aus dem Injektor-Rohr 5 herausgezogen wird. Anschließend wird der Spritzkopf 7 zum Wechseln aus dem Injektor-Rohr 5 herausgezogen, wie es in 2 dargestellt ist. In 2 befindet sich der Spritzkopf 7 in einer Zwischenstellung, in welcher der Spritzkopf 7 außerhalb des Injektor-Rohres 5 liegend angeordnet ist. Bei dieser Bewegung des Spritzkopfes 7 wird das faltenbalgartige Verbindungselement 10 auseinandergezogen, wobei der Spritzkopf 7 abschnittweise innerhalb des Verbindungselements 10 liegend angeordnet ist (siehe 2). Das Injektor-Rohr 5 ist mit dem Absperrventil 14 ausgestattet, welches von außerhalb der Vakuumkammer 8 geschlossen werden kann. Dieses ebenfalls aus einem hochtemperaturbeständigen Material gefertigte Absperrventil 14 dient dazu, den heißen Dampf und die Flüssigkeit im Tiegel 6 zu halten, um somit eine Kontamination der Vakuumkammer 8 mit Verdampfungsgut zu vermeiden. Das in seiner geschlossenen Position (siehe zum Beispiel 2) angeordnete Absperrventil 14 versperrt folglich einen Durchfluss durch das Injektor-Rohr 5, wenn der Spritzkopf 7 in seiner Zwischenstellung oder in einer Entnahmestellung angeordnet ist, wobei das Absperrventil 14 in seiner Sperrstellung angeordnet sein muss, noch bevor der Spritzkopf 7 vollständig aus dem Injektor-Rohr 5 herausbewegt wird.
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Wenn das Absperrventil 14 geschlossen ist, so dass der Spritzkopf 7 räumlich getrennt von dem heißen Dampf und der Flüssigkeit des Tiegels 6 ist, wird der Flansch 9 und der daran angeordnete Spritzkopf 7 in eine von dem Tiegel 6 wegweisende Richtung bewegt, wodurch der Spritzkopf 7 weiter zurückgezogen wird, indem das faltenbalgartige Verbindungselement 10 weiter ausgefahren wird, wie es in 3 dargestellt ist. In 3 ist der Spritzkopf 7 in seiner Entnahmestellung angeordnet, in welcher der Spritzkopf 7 vollständig innerhalb des faltenbalgartigen Verbindungselements 10 angeordnet ist. In der Entnahmestellung des Spritzkopfes 7 bildet das faltenbalgartige Verbindungselement 10 eine Entnahmekammer 12 aus, in welcher die Austrittsöffnung 17 des Spritzkopfes 7 angeordnet ist. Die Entnahmekammer 12 ist dabei von außerhalb der Vakuumkammer 8 zugänglich ausgebildet. In der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist die Entnahmekammer 12 außerhalb der Vakuumkammer 8 ausgebildet. Denkbar ist es in einer alternativen Ausgestaltung auch, dass die Entnahmekammer 12 innerhalb der Vakuumkammer 8 ausgebildet und angeordnet ist. Die Entnahmekammer 12 ist gegenüber der Vakuumkammer 8 abdichtbar ausgebildet, wobei in der Entnahmekammer 12 der Spritzkopf 7 in seiner Entnahmestellung gegenüber der Vakuumkammer 8 gasdicht separiert angeordnet ist. Zu diesem Zweck wird, wenn der Spritzkopf 7 in der Entnahmestellung angeordnet ist, eine Absperreinrichtung 15, welche sich beispielsweise an dem Wandabschnitt 11 der Vakuumkammer 8 befindet, geschlossen, wobei die Absperreinrichtung 15 hierbei in einer Sperrposition (siehe 3) angeordnet ist, wohingegen die Absperreinrichtung 15 in den 1 und 2 in einer Freigabeposition angeordnet ist. Die Absperreinrichtung 15 dient dazu, das vorherrschende Vakuum in der Vakuumkammer 8 zu halten und ist so gefertigt, dass sie hohe Druckunterschiede aushalten kann. Sobald die Absperreinrichtung 15 geschlossen und der Spritzkopf 7 und die Vakuumkammer 8 gasdicht voneinander getrennt sind, kann das faltenbalgartige Verbindungselement 10, in welchem sich der Spritzkopf 7 befindet, mittels eines Belüftungsventils 16 (vorzugsweise mit einem Inertgas) geflutet werden. Wie den 1 bis 3 zu entnehmen ist, ist das Belüftungsventil 16 an der Entnahmekammer 12 angeordnet. Nach dem Fluten der Entnahmekammer 12 und dem Abkühlen des Spritzkopfes 7 kann dann der Flansch 9 von dem faltenbalgartigen Verbindungselement 10 oder das faltenbalgartige Verbindungselement 10 von der Vakuumkammer 4 gelöst werden, so dass anschließend der abgekühlte Spritzkopf 7 entnommen werden kann.
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Vorzugsweise ist die Beschichtungsvorrichtung 1 mit mindestens zwei Spritzköpfen 7 ausgestatten, so dass sich stets ein Spritzkopf 7 in Betrieb befindet, während der andere Spritzkopf 7 ausgetauscht werden kann. Um den Betrieb auch im Falle eines defekten Spritzkopfes 7 aufrecht erhalten zu können, wird die Vakuumkammer 8 idealerweise mit drei Spritzköpfen 7 ausgestattet, so dass auch in einem Wartungsfall noch immer ein Spritzkopf 7 in Betrieb ist.
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Der Einbau des gewarteten oder reparierten Spritzkopfes 7 oder eines neuen Spritzkopfes 7 erfolgt dann in umgekehrter Reihenfolge, wobei nach dem Anflanschen des Spritzkopfes 7 an das faltenbalgartige Verbindungselement 10 das Verbindungselement 10 zunächst evakuiert wird. Anschließend wird der Spritzkopf 7 aufgeheizt und die Absperreinrichtung 15 und danach das Absperrventil 14 geöffnet, so dass der Spritzkopf 7 aus der Entnahmekammer 12 in die Vakuumkammer 8 gelangt und dann in das Injektor-Rohr 5 geschoben werden kann. Bevor das Absperrventil 14 geöffnet wird, muss der Spritzkopf 7 zumindest abschnittsweise bereits innerhalb des Injektor-Rohres 5 angeordnet sein, in welchem der Spritzkopf 7 koaxial bewegbar und gasdicht geführt ist.
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Die 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung 1, wobei für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie für die in den 1 bis 3 gezeigte Ausführungsform verwendet werden und die vorstehende Beschreibung hinsichtlich der Funktion und Wirkungsweise auch für die Bauteile der alternativen Ausführungsform der 4 gelten, so dass auf die vorstehende Beschreibung dieser Bauteile verwiesen ist. In 4 ist der Spritzkopf 7 in seiner Betriebsstellung angeordnet, in welcher der Spritzkopf 7 zumindest abschnittsweise innerhalb des Injektor-Rohres 5 gasdicht liegend angeordnet ist. Die in 4 gezeigte Ausführungsform der Beschichtungsvorrichtung 1 weist keine an einem Flansch ausgebildete Vakuumdurchführung auf. Vielmehr ist bei der in 4 gezeigten Ausführungsform eine Vakuumdurchführung 19 in dem Spritzkopf 7 angeordnet und ausgebildet. Dabei weist die in 4 dargestellte Ausführungsform auch keinen Flansch auf, an welchem der Spritzkopf 7 angebracht ist. Vielmehr ist bei der in 4 dargestellten Ausführungsform vorgesehen, dass ein Kammerwand-Element 20 die Entnahmekammer 12 ausbildet. Das Kammerwand-Element 20 erstreckt sich dabei außerhalb der Vakuumkammer 8 an deren Wandabschnitt 11 an der Durchlassöffnung der Vakuumkammer 8. Das Kammerwand-Element 20 dichtet mittels eines Dichtelements 22 gegen die Außenwandung 21 des Spritzkopfes 7 ab. Mit Hilfe dieser Ausgestaltung ist der Spritzkopf 7 in seine Betriebsstellung oder in seine Entnahmestellung bewegbar ausgebildet, wobei das Dichtelement 22 das Kammerwand-Element 20 und die Außenwandung 21 des Spritzkopfes 7 gegeneinander abdichtet. Das Dichtelement 22 kann dabei zum Beispiel als ein O-Ring ausgeführt sein. In der Entnahmestellung des Spritzkopfes 7 ist bei der in 4 gezeigten Ausführungsform die Austrittsöffnung 17 innerhalb der Entnahmekammer 12 angeordnet, wobei die Entnahmekammer 12 auch innerhalb der Vakuumkammer 8 ausgebildet sein kann, wenn sich das Kammerwand-Element 20 innerhalb der Vakuumkammer 8 erstreckt. Zur Entnahme des Spritzkopfes 7 wird zunächst das Absperrventil 14 geschlossen und dann der Spritzkopf 7 in seine Entnahmestellung bewegt, in welcher die Austrittsöffnung 17 innerhalb der Entnahmekammer 12 liegend angeordnet ist. Dann wird die Absperreinrichtung 15 in ihre Sperrposition bewegt, so dass die Entnahmekammer 12 gegenüber der Vakuumkammer 8 gasdicht separiert ist, um anschließend die Entnahmekammer 12 über das Belüftungsventil 16 zu fluten, wie es bereits für die Ausführungsform der 1 bis 3 beschrieben wurde.
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Aus der Beschreibung der 1 bis 4 ergibt es sich, dass weitere Ausführungsformen denkbar sind. Beispielsweise kann bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform die Vakuumdurchführung statt am Flansch 9 innerhalb des Spritzkopfes 7 ausgebildet sein, wie es in 4 gezeigt ist. Auch ist es denkbar, dass bei der in 4 gezeigten Ausführungsform an dem der Austrittsöffnung 17 abgewandten Längsende des Spritzkopfes 7 ein Flansch angebracht ist, wobei dann statt einer Vakuumdurchführung innerhalb des Spritzkopfes 7 eine Vakuumdurchführung an dem Flansch angeordnet ist.
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Zusammenfassend ist vorstehend die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung 1 zum Ablagern eines Beschichtungsmaterials auf einem Substrat beschrieben worden, wobei die Beschichtungsvorrichtung 1 die Vakuumkammer 8, den Tiegel 6, welcher innerhalb der Vakuumkammer 8 angeordnet ist, den Spritzkopf 7 zum Aufbereiten des Beschichtungsmaterials und das innerhalb der Vakuumkammer 8 angeordnete Injektor-Rohr 5 aufweist, wobei auch mehr als ein Spritzkopf 7 für einen Tiegel 6 vorgesehen sein kann. Das Injektor-Rohr 5 ist das in dem wenigsten einen Spritzkopf 7 aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel 6 leitend ausgebildet und mit dem Tiegel 6 verbunden, wobei der wenigstens eine Spritzkopf 7 zwischen der Betriebsstellung, in welcher der Spritzkopf 7 das Injektor-Rohr 5 mit dem aufbereiteten Beschichtungsmaterial versorgend angeordnet ist, und einer Entnahmestellung bewegbar ausgebildet ist. Dabei weist die Beschichtungsvorrichtung 1 ferner die von außerhalb der Vakuumkammer 8 zugänglich ausgebildete Entnahmekammer 12 auf, welche gegenüber der Vakuumkammer 8 abdichtbar ausgebildet ist und in welcher der wenigstens eine Spritzkopf 7 in seiner Entnahmestellung gegenüber der Vakuumkammer 8 gasdicht separiert angeordnet ist.
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Die beschriebene Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es ist ersichtlich, dass an der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise können in einer Vakuumkammer 8 auch mehrere Tiegel 6 angeordnet sein, um beispielsweise eine doppelseitige Beschichtung zu ermöglichen, wobei an einem Tiegel 6 auch mehrere Injektor-Rohre 5 angebracht sein können, in denen im Betrieb der Beschichtungsvorrichtung 1 jeweils ein eigener Spritzkopf 7 angeordnet ist. Auch ist es denkbar, dass die Beschichtungsvorrichtung 1 mehr als eine Vakuumkammer 8 aufweist, wobei in jeder einzelnen Vakuumkammer 8 dann wieder ein oder mehrere Tiegel 6 angeordnet sein können, von denen jeder mit wenigstens einem Injektor-Rohr 5 ausgestattet ist, in welchem dann im Betrieb ein Spritzkopf 7 angeordnet ist. Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und/oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von dem konkreten Ausführungsbeispiel für den Fachmann naheliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beschichtungsvorrichtung
- 2
- Beschichtungsmaterialzuführungen
- 3
- Beschichtungsmaterialzuführungen (Anode)
- 4
- Gaszuführung
- 5
- Injektor-Rohr
- 6
- Tiegel
- 7
- Spritzkopf
- 8
- Vakuumkammer
- 9
- Flansch
- 10
- faltenbalgartiges Verbindungselement
- 11
- Wandabschnitt
- 12
- Entnahmekammer
- 14
- Absperrventil
- 15
- Absperreinrichtung
- 16
- Belüftungsventil
- 17
- Austrittsöffnung
- 18
- Vakuumdurchführung
- 19
- Vakuumdurchführung
- 20
- Kammerwand-Element
- 21
- Außenwandung
- 22
- Dichtelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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